39一道值得玩味的竞赛题——浅论中学生科学素质的培养

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1、一道值得玩味的竞赛题——浅论中学生科学素质的培养袁钧芳前不久，我在Internet±浏览的时候，发现这样一道竞赛题（澳大利亚1998年全国化学竞赛试题），颇为有趣，与大家共亨。题目译文如2-•化学家、一物理学家和一牛物学家正在就人工肌肉合成领域最近进展进行头脑风暴，并讨论在这跨学科项II进行合作的可能性。活的冇机体的肌肉活动是一个复杂的化学反应系统，其中一个变化被释放的小离子——如Ca2+,反控制着。午饭过后，他们进行了如下的讨论：生物学家一一生；化学家——化；物理学家——物。牛：哪一个离子更小，K+还是Ca"?化：在周期

2、表屮，钾的原了序数比钙小，所以钾离了的半径更小。钾是19号元素,钙是20号元素，我还记得。物：胡说!C/+肯定更小。它失丈•2个电子，所以剩下的电子必然比只失去1个电子后的钾离了的剩余电了更趋向于原了核。化：对，你说得很正确，可是，你别忘了我们不是在考虑飘浮在真空环境屮的离子,而是在一个活细胞中水溶液环境下的离子!水分子会在离子的周围形成一个“壳”，而我实在不清楚这“壳”可能冇多厚。这将显示一个离子的真正大小。生：好了，安静下来，我肯定我们能解决这个问题。让我们回到最基木的部分。我们已经了解了什么，我们可以进行什么样的实验

3、?当一个离子被放在两个电极的中间，并在两端加上电压时，离子将朝与它相反电荷的电极方向移动。所以电导率可以作为离了电荷和离了人小的测量依据，对吗？化：对，溶液的电导率和离了的半径成反比。离了越大，它移动的速度越慢。让我们假设离子是球形的，那样更简单一些。物：好，但别忘了电导率同时和离子电荷的平方成正比。我们在比较离子的相对大小时，别忘了把这一点考虑进去。生：另外，溶液的浓度越人，电导率越人。太好了!这给出了我们一个人体的框架,但我们不能推想出每一件事，我们必须进行一个实验。一天以后，这三个人在午饭的吋间坐在一起讨论以下两离子

4、的电导率数据，参见解法中的附图。牛：好，现在我们是巧妇能为有米之炊了。首先，我们可以分析出哪一个离子更人。化：是啊，笫二，我们可以计算出Ca2+:K'的半径比。物：我们是否能先吃午饭？根据以上信息和数据，思考并论证生物学家可能得出的结论。这道题冃以生物学的研究领域为背景，结合了化学、物理学等知识，并R题冃语言幽默，富有趣味，与我们传统题目的面孔不一样。题口是要学生进行KSCa*半径大小的比较，在学习了元素周期表的知识以后，学纶们都会进行这方而的简单判断。根据两离了的结构，可以很快的判断出哪个离子的半径更小。但本题的思路却不

5、是如此。题中的化学家指出这是一个活的生物体细胞内的水环境，与通常所考虑的真空环境不同，最后科学家们通过一个物理实验来研究这个问题。题屮给出了所需要的关系和实验的数据，让学生來解决离子半径大小的问题，如果知道如何运用题目所给的信息，这道题目的解答应该不难。但我的兴趣不在该题本身，更令我感兴趣的是本题所渗透的国外化学——推广一点——自然科学的学科的教育思想。这道题目给我的启示有以下儿点：第一，要教会学牛分析处理信息。题目给出了所需要的电导率和其他一些量之间的关系，学生通过对这些信息的分析和对实验数据的处理，可以解答这个问题。由

6、于现代科技的运用，特别是计算机网络的广泛应用，使地球越来越小，现代人获取信息的途径越來越多，速度越來越快。如何在信息的海洋中获得自己所需要的东西，并使之为己所用，是学牛们应该学会的。国外的屮学教师经常让学生做“Project”，也就是做一个小的课题，学生自己去杳资料，并得岀自己的结论。这个过程培养了学生获取信息、处理信息、独立思考的能力。另外，在美国的AP（AdvancedPlacement,中学生通过此考试可获得大学的学分）化学考试中，试卷印有所冇的常数和公式，就看学生如何用。如果我们的学生在中学没有学会这个本领，面对浩

7、瀚的信息世界，他们将无所适从。我们应该教会学生如何去查阅资料、得到资料，如何对大量资料进行分析和处理，从中得到口己所需要的东西。第二，教育学生重视科学实验，并培养他们对实验数据的处理能力。美国一些中学化学教科书的头几章内容就是实验数据的处理与分析。另外，在他们的教育口标屮，有一条，要求学生冇运用数据來说服别人、说明自己观点的技巧。这不仅在社会科学中川得到，在自然科学领域更加重要。本题强调了科学实验的重要性，并且对学生的数据分析提出了一定的要求。我们在屮学要重视实验及其数据的分析，不要到了人学才教，否则我们的科研在中学就输了

8、。第三，培养学生进行科学研究的严谨的态度利方法。对一个科学问题的思考不仅仅是根据以往所冇的经验和知识，而是根据问题的环境和棊木的定理，大胆设想，小心论证。大胆设想，也就是敢于设想，有创新精神。小心论证，也就是要有严谨的科学作风,以科学的实验为基础。整个过程，就是科学研究的方法。如果不经过这方而培训的学纶